Keramik sorgt für sichere Reinigung

Hanspeter Oswald

Die Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten erfolgt unter strengen hygienischen Bedingungen. Bei Medikamenten und Impfstoffen sind zusätzlich absolute Keimfreiheit und die Reproduzierbarkeit jedes einzelnen Produktionsschrittes gefordert. Das hygienische Gesamtkonzept der Produktion entscheidet über die Keimbelastung und über den biologischen Wert eines Produktes. Die Abtötung von Keimen erfolgt durch Hitze oder durch harte Gammastrahlung. Lebensmittel lassen sich bezüglich der Keimbelastung in vier Kategorien einstufen:

• naturbelassen,

• naturbelassen mit deutlich keimreduzierenden Verfahren bei Erzeugung, Weitergabe und Transport,

• pasteurisiert,

• sterilisiert.

Die Stichworte bei einer ganzheitlich hygienischen Produktion sind GMP (Good Manufacturing Practice) und GHP (Good Hygienic Practice). Wesentliche Leitlinien liefern dabei die amerikanischen Institute FDA, 3A-Sanitary Standards sowie das europäische EHEDG. Das hygienische Design einer Anlage muß gewährleisten, daß keine Mikroorganismen eindringen oder wachsen können und eine Reinigung absolut sicher und reproduzierbar durchzuführen ist. Von Sensoren wird erwartet, daß sie, spaltfrei, frontbündig, CIP-, SIP-reinigbar und darüber hinaus chemisch-, temperatur- und kältebeständig sowie abrasionsfest sind. Weiterhin sollten sie über die üblichen Prozeßanschlüsse verfügen, eine hohe Linearität aufweisen und einfach zu installieren sein.

Verschmutzungen haften mechanisch in Poren, Spalten, Kratzern und Absätzen sowie durch elektrostatische Bindungskräfte an den Wandungen. Dabei spielt die Größe der Bakterien im Verhältnis zu Oberflächenspalten oder Rauhheiten eine große Rolle. Der konstruktive Aufbau einer Anlage oder Komponente sollte die mechanische Schmutzbindung verhindern. Mit der CIP-Reinigung läßt sich dann die elektrostatische und die minimierte mechanische Bindungsenergie überwinden. Die Energie zum Schmutzabtrag wird dabei in chemischer (Reiniger), mechanischer (Druck/Strömungsgeschwindigkeit) und thermischer Form aufgebracht. Der Reinigungserfolg RE ist das Produkt aus Mechanik, Zeit, Temperatur und Chemie. Innerhalb gewisser Grenzen sind diese Faktoren gegeneinander austauschbar. So läßt sich eine reduzierte Reinigungstemperatur durch eine Erhöhung der Reinigerkonzentration und/oder eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit kompensieren. Als Reinigungsmittel werden neben Wasser, Säuren und Laugen, Tenside und Komplexbildner verwendet. Die Zugabe von Desinfektionsmitteln führt zu einer Schädigung der Keimstrukturen und verhindert die Keimteilung. Sensoren, die in der Pharma- und Lebensmittelindustrie Einsatz finden, müssen einer Vielzahl von Produkten, Reinigern und Desinfektionsmitteln standhalten.

Die keramisch-kapazitiven, ölfreien Druckmeßumformer sind speziell für den Lebensmittel- und Pharmabereich konzipiert. In absolut frontbündiger Ausführung verhalten sich die Sensoren reinigungstechnisch wie die polierte Behälterwand. Die Meßumformer geben neben dem Druck auch die Temperatur aus (-30 bis 150 °C mit ±1 °C) und ersparen so einen zweiten Prozeßzugang für die Temperaturmessung. Die Meßumformertemperatur wird im Innern der Keramikmeßzelle erfaßt, im Mikroprozessor zur präzisen Temperaturkompensation verarbeitet und zusätzlich als Temperatursignal ausgegeben. Neben der Energieversorgung lassen sich so die Druck- und Temperatursignale über eine einfache Zweiaderleitung übertragen. Die Verarbeitung der Druck- und Temperatur- oder auch Füllstandsmeßdaten erfolgt in der Auswertezentrale Vegalog, an die sich bis zu 255 analoge oder digitale Sensoren anschließen lassen. Neben der Ausgabe der Meßwerte in Prozent, Volumen-, Masse- und Temperatureinheiten als Strom-, Spannungs- und Schaltsignale sind verknüpfte Rechenaufgaben wie Skalierung, Linearisierung, Differenzbildung, Additionen und Tendenzverarbeitung in der Auswertzentrale fest implementiert. Als Stand-alone-System kann sie ein umfangreiches Fluidmanagement übernehmen oder als Buskoppler – unter anderem zu Profibus, Interbus oder Modbus – dienen.

Die Membran im Drucksensor besteht aus Alphakeramik. Technische Keramik setzt sich aus gemahlenem 96 bis 99,5%igem Aluminiumoxid (Al2O3) und Glas als Bindemittel zusammen. Sie ist ein idealer Federwerkstoff und absolut hysteresefrei. Je reiner die Keramik ist und je weniger Glas als Bindemittel Verwendung findet, desto besser ist die Qualität dieses Werkstoffes.

Die Alphakeramik besteht aus 99,9 %-igem Al2O3 und verwendet als Bindestoff nicht Glas, sondern ein saphirähnliches Material. Sie besitzt eine hohe Oberflächengüte Ra 0,5 µm, ist diffusionsbeständig, bis 80-fach überlastfest, vakuumfest, abrasionsfest und temperaturschocksicher. Die Klassengenauigkeit beträgt 0,1%, der Temperaturfehler ist kleiner 0,05%/10 K und die Langzeitgenauigkeit kleiner 0,1%.

In der Pharma- und Lebensmittelindustrie ist die Abrasionsfestigkeit von großer Bedeutung. Soll beispielsweise Schokoladenmasse mit Nußsplittern verarbeitet werden, halten Edelstahlwandungen und metallische Meßmembranen nicht stand. Keramik ist zehn mal härter als Stahl und widersteht so einer mikroskopischen Zerspanung durch Flüssigkeiten und Pasten, die mit Feststoffpartikeln beladen sind.

Feldversuche mit auf 85 °C erhitzter, jeweils 10%iger Natronlauge, Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure zur künstlichen Alterung ergaben eine bis 30-fach größere Beständigkeit in aggressiver Umgebung und eine mehrfach gesteigerte Alterungsbeständigkeit der Alphakeramik gegenüber anderen Keramiken. Die äußerst glatte, absatzfreie Oberfläche verhindert den Ansatz von Medien und die Meßwertverfälschung. Die eingesetzten FDA-zugelassenen Meßzellendichtungen aus Viton, EPDM oder Hifluor sind vor Ort inspizierbar und austauschbar. Sie stellen völlige Spaltfreiheit und Frontbündigkeit sicher und lassen sich durch den Anwender ohne Neuabgleich leicht wechseln. Die Sensoren sind unter anderem nach EHEDG-, 3A-Sanitary- und FDA-Standards zertifiziert.

Weitere Informationen cav-310